一种三维激光扫描隧道仰拱变形的监测装置及其监测方法与流程

本发明涉及隧道施工领域，特别是一种三维激光扫描隧道仰拱变形的监测装置及其监测方法。

背景技术：

1、目前，隧道结构变形主要通过测量人员携带全站仪、水准仪等设备去现场测量并进行记录，最终根据记录结果判断隧道结构变形是否满足规范要求。这些传统的监测方法所获得的数据虽然较为准确，但是需要耗费巨大地人力成本，危险系数也较高。同时，受传统监测仪器的限制，数据精度相对较低。随着测量技术、计算机技术的不断提高，三维激光扫描技术等一系列智能监测技术已应用。但是三维激光扫描仪在小车上沿着铁轨进行移动监测，铁轨在长时间使用过程中会发生变形，特别在铁轨转弯处会发生位移、偏转，铁轨在长时间使用过程中会粘附的杂质，铁轨顶部会变高。由于铁轨的变形、位移和杂质影响，导致铁轨上移动的小车测量的数据会出现较大误差，数据不够精准，容易导致误报警的现象发生。为此我们提出一种三维激光扫描隧道仰拱变形的监测装置及其监测方法用于解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种三维激光扫描隧道仰拱变形的监测装置及其监测方法，解决传统的监测方法所获得的数据虽然较为准确，但是需要耗费巨大地人力成本的技术问题。

2、本发明所要解决的另一技术问题是提供一种三维激光扫描隧道仰拱变形的监测装置及其监测方法，解决三维激光扫描仪在小车上沿着铁轨监测，由于铁轨的变形、位移和杂质影响，导致铁轨上移动的小车测量的数据会出现较大误差，数据不够精准的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种三维激光扫描隧道仰拱变形的监测装置及其监测方法，包括两个轨道，轨道上设有监测车，监测车两侧设有测量装置，测量装置一侧设有固定装置，固定装置上设有清理装置，监测车上设有升降装置，升降装置上设有转动机构。

4、优选方案中，测量装置包括支架，支架上设有三个测量架，其中两个测量架抵靠在轨道两侧，一个测量架抵靠在轨道顶部，测量架一侧设有u型板，u型板上设有横杆和两个滑槽。

5、优选方案中，测量架包括位移传感器和抵靠轮，位移传感器与支架连接，u型板通过连接柱与监测车连接。

6、优选方案中，清理装置包括u型板，u型板一侧的三个面为倾斜的尖端结构，u型板一端设有支板，支板上设有弹簧，弹簧一端与横杆连接，支板上设有转杆轴，转杆轴与固定装置转动连接。

7、优选方案中，固定装置包括u型刹车板，u型刹车板两侧设有滑板，滑板抵靠在滑槽上，u型刹车板上设有凹槽，监测车上设有驱动装置，驱动装置包括气缸和连接板，气缸一端与车架转动连接，气缸另一端与连接板转动连接，连接板两端分别与两个u型刹车板连接。

8、优选方案中，监测车上设有横移装置，横移装置包括底座和丝杆，底座上设有螺纹孔和多个通孔，丝杆与螺纹孔啮合，丝杆一端设有第一电机。

9、优选方案中，升降机构包括固定座，固定支腿设置在固定座内，伸缩腿抵靠在中空的固定支腿内滑动，螺母座设置在伸缩腿的一端，螺母座上设有螺纹连接的转动杆，转动杆一端与转动机构转动连接，固定座上设有转动连接的第一锥齿轮，第一锥齿轮与转动杆连接，第一锥齿轮与一侧设有啮合的第二锥齿轮，第二锥齿轮上设有二级减速齿轮，二级减速齿轮上设有第二电机。

10、优选方案中，转动机构包括转动座和支杆，支杆与转动杆转动连接，支杆上设有转轴，转轴上设有第二齿轮，第二齿轮一端设有第一齿轮，第一齿轮上设有第三电机，转动座顶部设有安装板。

11、优选方案中，监测车安装在隧道内部，隧道侧面设有多个监测区域，监测区域上设有多个标记点。

12、一种三维激光扫描隧道仰拱变形的监测装置的方法，其方法是：s1、确定隧道中需要监测的监测区域和标记点搭建整体装置，在监测车上安装三维激光扫描仪；

13、s2、驱动监测车，通过三维激光扫描仪对多个不同的标记点进行标定，并记录监测车对应不同监测区域的位置，对多个点云数据并进行相应记录；

14、s3、需要监测时，再次驱动监测车，当到达监测区域位置后，伸缩气缸，以使u型刹车板抵靠在轨道上，两个测量装置的位于轨道顶部的位移传感器变化平均值传递给计算机，两个测量装置的位于轨道侧面的位移传感器变化平均值传递给计算机；

15、s4、驱动第一电机，以使横移装置水平移动，以使三维激光扫描仪水平移动，以抵消轨道变化带来的水平位移；

16、s5、驱动升降装置，以使升降装置升降，以使三维激光扫描仪升降，以抵消轨道变化带来的竖直位移；

17、s6、驱动第三电机，以使转动机构转动，以使三维激光扫描仪转动，以使三维激光扫描仪对多个标记点进行监测；

18、s7、当轨道需要清理时，驱动气缸，以使气缸伸长，以使固定装置上升，以使u型板在弹簧的拉力下抵靠在轨道上；

19、s8、当轨道清理完成后，再次驱动气缸，气缸缓慢收缩，以使固定装置下降，同时以使固定装置没有抵靠在轨道上，u型刹车板按压u型板一端的支板，以使u型板远离轨道；

20、s9、重复s3~ s8，对不同的监测区域的多个标记点进行数据采集；

21、s10、通过多个标记点的云坐标计算隧道变形，接着与预先标定地变形阈值进行比较，并提供相应预警。

22、本发明提供了一种三维激光扫描隧道仰拱变形的监测装置及其监测方法，监测车承载着三维激光扫描仪，能够省去大量的人力物力，提供较为精准的监测数据，同时避免人工监测时危险系数较高的现象，设备布置好后，可实现全自动定期扫描并进行相应数据处理，无需监测人员到现场测量监测，一定程度上解放了人力，节约了工程成本。

23、当监测车到达预定的监测位置时，驱动气缸，以使气缸收缩到最低为止，以使u型刹车板抵靠在轨道上，此时u型刹车板按压u型板一端的支板，支板抵靠在凹槽内，以使u型板翘起，以使监测车固定。

24、当需要监测车移动时，驱动气缸，以使气缸升长一点，以使u型刹车板远离轨道，同时u型板发生少量转动，u型板一端没有抵靠在轨道上，此时监测车移动。

25、当轨道需要清理杂质时，驱动气缸，以使气缸伸长，以使u型刹车板没有按压u型板的支板，以使u型板在弹簧的作用下抵靠在轨道上，以使u型板对轨道上，驱动监测车时，清理装置对轨道进行清理。通过控制气缸的伸缩量，以控制监测车的固定，监测车能够移动，同时控制清理装置是否抵靠在轨道上清理，结构简单，清理、锁定和固定方式新颖，能够适用于轨道发生杂质粘连的监测车，监测同时能够定期对铁轨上粘附的杂质进行清理，避免三维激光扫描仪发生晃动或者测量结果不准确的现象发生。

26、升降装置与测量装置的测量架处于水平位置，两个测量装置均设有多个测量架，监测车顶部的位移传感器和监测车侧面的位移传感器把数据传递给计算器，通过两个顶部的位移传感器的平均值，能够测量出轨道顶部的位移变化，通过驱动升降装置，以抵消轨道竖直高度上的变化。同理，监测车侧面的位移传感器，能够测量出轨道侧面的位移变化，通过驱动横移装置，以抵消轨道侧面的位移变化，能够得到较为准确的测量数据。

27、转动机构能够转动，配合监测车的移动，以使三维激光扫描仪能够测量不同位置的标记点。

28、通过三维激光扫描技术，经过计算机处理后，获取标志点的空间坐标，根据前后空间坐标的对比，可获得隧道中该区域的变形量，当变形量超过设定的阈值，报警装置将自动报警，能够实现对隧道变形的实时监测，适合推广使用。